海市蜃楼的成因

在沙漠中，迷路的人缺水缺粮，忽然看见了绿洲，但走近了却发现原来只是海市蜃楼的幻象，空欢喜一场。这虽然是电影常用的手段，但海市蜃楼是真有其事的，是大自然跟我们在玩光线的魔法。它的成因是光线在空气中被折射，再加上全內反射的結果。

如果要明白海市蜃楼的成因，首先要明白为什么光线在空气中会被折射。原来，不同温度的空气有不同的折射率，就好像许多不同的介质一样。靠近地面的空气较热，折射率较低。我们可以把空气想象为许多层的介质，而每一层的折射率都不同，越接近地面，折射率越低。因此光线在空气中行走时，路线便如图一所示。

图一

另一方面，我们也要知道什么是全內反射。如果光线微微倾斜地从玻璃射进空气，一部分的光线会被反射回去，另一部分就会被折射，从玻璃中走出来。由于玻璃的折射率较空气高，所以折射角总是大于入射角（图二）。当入射角越来越大，被折射的光线便会越来贴近空气与玻璃的界面，直至入射角大于临界角度，光线便只会被反射，而不会折射出去。这个现象叫做全內反射。

显示海市蜃楼发生时，光线所走的路径。假设有个绿洲，它在Ａ点发出的光线被空气折射，走一条弯弯的路径。在Ｂ点，光线发生全內反射，使光线往上走。之后，光线再次被空气折射，最后光线会进入站在Ｃ点那观测者的眼睛，使他形成错觉，误以为绿洲很接近他呢！很久以前，人类便发现了全內反射，更把这个现象加以应用，例如光织、单镜反光照相机和双筒望远鏡都应用了全內反射的原理。